熱處理知識培訓
一、表面熱處理分類
表面熱處理的目的：提高零件表面的硬度，強化零件表層，而心部保持原有良好綜合機械效能。
1. 表面淬火：感應加熱、火焰淬火、電接觸加熱、電解液淬火、雷射淬火、電子束加熱等表面熱處理方式；
2. 化學熱處理：滲碳、氮化、碳氮共滲、氮碳共滲、滲s、滲cr、滲al、滲硼等；
3. 表面塗覆：①氣相沉積塗覆tic（硬度可達hv3000）
離子塗真空濺射tin
二、感應加熱的基本原理
1. 電磁感應、渦流發熱
熱能**由兩部分組成：
1）閉合迴路在交變的磁場中會產生感應電流
工件中有電阻存在，就會發熱，稱為渦流發熱（q=0.24i2rt），這是感應加熱主要熱能**。
2）鋼鐵（零件）大部分為鐵磁性材料，有很大剩磁，在交變磁場中剩磁和退磁反覆不斷進行，導致磁滯發熱，但當鐵磁性鋼鐵材料加熱到770℃以上，將失去磁性，μ=1，此時不再存在磁滯發熱，感應加熱速度變慢。
居里點——770℃
當感應器一施感導體中流過交變電流時，在它周圍就要產生同樣頻率的交變磁場，感應器內的工件，可以看作無數個不同直徑的金屬圓環所組成的閉合迴路，閉合迴路在交變磁場中會產生感應電流，所以工件內將產生與感應器中頻率相同而方向相反的感應電流——稱為渦流，渦流因工件的電阻而轉換成熱能（渦流發熱）。
2. 交變電流的特性
表面效應——集膚效應
δ——電流透入深度
i0——工件表面最大電流密度
e=2.71
770℃以下的電流滲透深度為δ冷
770℃以上的電流滲透深度為δ熱
3. δ=5030（厘公尺感應電流在工件截面的分布
ρ=ρ0（1+αt）
其中：ρ——工件材料電阻率（單位：歐姆·厘公尺）
μ——材料導磁率（單位：高斯/奧斯特）
f——電流頻率（單位：赫）
ρ0——20℃時的電阻率
α——係數
t——溫度
對於鋼鐵材料δ熱》δ冷
δ冷=（mm）
δ熱=（mm）
（f越小，淬加層就越深以45鋼為例
4. 感應加熱分類和加熱方法
1）根據頻率大小分為四類：
2）加熱方法分為：
同時加熱：用於較小的工件加熱，工件自轉但不在感應圈中移動。
連續加熱：用於較長、較大的工件加熱，工件邊自轉邊在感應圈中移動。
同時加熱連續加熱
5. 高頻感應加熱
1） 高頻電流特性
a. 鄰近效應：相鄰兩個導體如果電流方向相反，磁力線集中在內表面。
相鄰兩個導體如果電流方向相同，磁力線集中在外表面。
b. 圓環效應：通過感應圈的高頻電流集中在感應圈內表面的現象，這一現象對加熱圓柱形表面有利，對加熱內孔及平面不利。
c. 尖角效應：有尖角的地方容易集中磁力線，導致工件夾角容易過熱。
解決尖角效應的方法：a）增大感應圈和尖角處的距離；
b）工件的尖角或突出部分要倒角。
2） 高頻淬火前工作組織對高頻淬火溫度的影響
a. 退火——粗珠光體
b. 調質——細珠光體（溫度可以低一點，對於效能要求高的採用調質）
c. 正火——較粗的珠光體（介於以上兩者之間）
3） 淬硬層的檢查
a. 以前——以測至50%的馬氏體深度處至表面的距離作為淬硬層深度（δ）（如圖）。
b. 現在——硬度法：從表面向心部用1kgf的力打，有效硬化層深度ds=0.8×hvms處。
其中：hvms——技術要求的最低硬度
4） 淬硬層的應力狀態
表層——壓應力
過渡層——拉應力
產生原因： 熱應力——熱脹冷縮。
組織應力——組織結構不同，比容不一樣，組織轉變的不等時性。
在淬火區的交接處為拉應力最大處
高頻淬火區
過渡層越小越好
調質的過渡區《正火的《退火的
5） 淬火層深度及表面硬度的確定
a. 隨著淬硬層深度的增加，最大拉應力區域向工件心部推移，能夠減少產生疲勞裂紋的傾向，但是淬硬層加深，會使表面殘餘壓應力降低，所以過分增加深度，反而會降低疲勞強度和衝擊韌性。
合理的淬硬層深度為工件直徑的10~20%時，工件具有良好的綜合機械效能。
b. 表面硬度的確定：對中碳結構鋼（45鋼、40cr）
高耐磨性hrc55~60
耐磨性、較好韌性hrc45~55
工具機齒輪hrc40~55
6） 淬火區的確定
a. 軸類：
a） 軸端應保留2~8mm不淬火，以避免端裂（高頻淬火會導致端部有裂紋）；
b） 花鍵軸，淬硬層應超過花鍵尾部10~15mm，避免拉應力留在花鍵部位；
c） 軸上多處淬硬區，相鄰淬硬區應保持足夠距離以免拉應力疊加；
d） 帶凸緣的軸和軸頸工件，淬硬區最好包括凸緣和軸頸根部圓角，如圓角處難以淬到，則淬硬區應與圓角相隔5~8mm，以免圓角處出現拉應力（如圖）。
（陰影處為淬火區）
b. 齒輪：應不使淬硬層在齒根部終止（如圖為齒輪齒的淬硬層範圍）。
最好一般最差
附加：多抗衝力的概念
衝擊韌性ak，ak越大，材料韌性越好。ak值基於一次大能量衝擊，對於小能量多次衝擊，ak不能全面反映材質的韌性好壞。
多抗衝力是在一定能量（載荷）值下破斷的衝擊次數或者在一定衝擊次數下破斷的載荷（能量）。
研究發現：
1. 如果是大能量衝擊，衝擊次數很少的衝擊抗力主要決定於材料的一次衝擊值（ak）。
2. 材料對小能量衝擊次數很多的衝擊抗力則主要決定材料的強度，而不決定於它的衝擊韌性ak。
3. 承受常見的小能量多沖載荷時，主要是要求保證材料的強度，其次也要求有一定大小的韌性相配合。
4. 在中度過載的衝擊能量範圍內（小於13kgcm），各種碳鋼，多沖抗力的最佳回火溫度。
例：模緞錘杆，尺寸φ120×200，材料40cr
初始：熱處理工藝，油淬，650℃回火，hb227~238，ak=13
使用壽命15~30天
改進方案：鹽水淬，增加淬透層深度，回火450~500℃，hrc38~45，ak=4
使用壽命9個月~1年
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